第二节　城市污水处理系统

污水处理，实质上就是采用必要的处理方法与处理流程，将污水中的污染物分离出去或将其转化为无害的物质，从而使污水得到净化并达到排入某一水体或再次使用的水质要求。

一、城市污水处理方法

城市污水处理方法，按原理可分为物理、化学和生物处理法三类。

（1）物理处理法　利用物理分离作用分离、回收污水中呈悬浮状态的污染物质的处理方法（包括油膜和油珠），在处理过程中不改变污染物的化学性质。根据其作用原理不同，常用的物理处理方法与设备、设施主要如下。

①筛滤截留法：常用设备是格栅、筛网、滤池、微滤机等。

②重力分离法：常用设备有沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池等。

③离心分离法：常用设备有旋流分离器与离心机等。

污水物理处理方法的类型和设备见图1-1。

（2）化学处理法　化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、回收污水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的方法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有混凝、中和、氧化还原等。以传质作用为基础的处理单元有萃取、吹脱、汽提、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。运用传质作用的处理单元既有化学作用，又具有与之相关的物理作用，所以也可以从化学处理法中分离出来，成为另一类处理方法，称为物理化学处理法。

污水化学处理方法的类别参见图1-2。

（3）生物处理法　生物处理法是通过微生物的代谢作用，使污水中呈溶解状态、胶体状态以及某些不溶解的有机甚至无机污染物质转化为稳定、无害的物质，从而达到净化废水的目的。依据作用微生物类别的不同，又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。

好氧与厌氧两类生物处理法大体上又分为活性污泥法和生物膜法两种，每种又有许多形式。传统上好氧生物处理法常用于城市污水和有机生产废水的处理，厌氧生物处理法则多用于处理高浓度有机性污水与污水处理过程中产生的污泥。

稳定塘及污水土地处理系统也是污水生物处理设施，属于自然生物处理的方法。

污水生物处理方法的类别参见图1-3和图1-4。

城市污水中的污染物是多种多样的，只用一种处理方法往往不能把所有的污染物质全部除去，而是需要通过由几种方法组成的处理流程才能达到要求的程度。

二、污水处理程度

按照城市污水处理后的功能要求，污水处理分为无害化处理系统（即达标排放）和再生回用处理系统（即可供专指用户使用）两类。前者一般由一级处理、二级处理和三级处理系统组成，其中一级以物理化学法去除水中颗粒物为主，二级处理以去除有机物为主，三级处理以去除氮、磷为主。后者一般以城市污水为原水，在一、二级处理的基础上，为达到相应的回用水水质，增加深度处理。深度处理主要去除二级处理过程中未被去除的和去除程度不够的污染物，以使处理后的水达到相应的回用水质标准。深度处理要达到的处理程度和出水水质取决于处理水的具体用途或再生水用户对水质的要求，所以它既可以是以去除氮、磷为主的三级处理，也可以是以进一步去除浊度、悬浮物为主的物化处理。城市污水再生处理包括但不限于一级处理、二级强化处理、深度处理和消毒处理。

（1）一级处理　污水一级处理的主要任务是去除污水中呈悬浮或漂浮状态的固体污染物质，多采用污水物理处理法中的各种处理单元。污水经一级处理后，悬浮固体物的去除率为70％～80％，BOD5的去除率只有30％左右，尚达不到排放标准，但一级处理对后续污水处理工序起着重要的保障作用，因此往往是污水处理工艺中不可缺少的首段处理。虽然城市污水处理后回用一般要经过一级、二级和深度处理，但对于某些特殊情况或特殊的排水，只经一级处理后便可回用，如城市污水回用于农田灌溉。

另外，在上述的一级处理流程中，也有把“格栅和沉砂池”算作预处理设施，因为它们处于污水处理工艺系统中的最前面，而且是不可缺少的。

（2）二级处理　污水二级处理的主要任务是去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物（即BOD5物质）。BOD5的去除率可达90％以上，处理后污水的BOD5一般可降至20～30mg/L。由于二级处理通常多采用生物处理作为主体工艺，所以人们常把生物处理与二级处理看作同义语。一般情况下，经二级处理后，污水即可达到排入水体的标准。在污水的二级处理中，所产生的污泥也必须得到相应的处理和处置，否则将会造成新的污染。

近年来随着新型水处理材料及装备的不断开发，以及水处理工艺的不断改进，采用物理化学或化学方法作为二级处理主体工艺的技术也在日渐发展，例如属于表面过滤机理的膜分离技术等。

污水在进行二级处理之前，一级处理一般是需要的，故一级处理又叫预处理。又因一级和二级的组合处理方法是城镇污水处理经常采用的方法，所以又称为常规处理法。

（3）三级处理　污水的三级处理，目的在于进一步除去二级处理未能去除的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物，以及氮磷等能加速水体富营养化过程的可溶性无机物等。三级处理的方法是多种多样的，化学处理法和生物处理法的许多处理单元都可以用于三级处理，如生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法、电渗析法和反渗透法等。通过三级处理，BOD5可从20～30mg/L降至5mg/L以下，同时能够去除大部分的氮和磷。污水经一级、二级处理后，一般仍然达不到相应的回用标准。所以城市污水处理回用工艺以一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行深度处理，使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。

三级处理是深度处理（或高级处理）的同义语，但两者又不完全相同。如前所述，三级处理是在常规处理之后，为了去除更多有机物及某些特定污染物质（如氮、磷）而增加的一项处理工艺。深度处理（或高级处理）则往往是以污水回收、再用为目的而在常规处理之外所增加的处理工艺流程。污水回用的范围很广，从工业上的重复利用、水体的补给水源到成为生活用水等。

深度处理（或高级处理）是为使处理后的水达到再生回用标准在常规处理之外所增加的处理流程。其主要功能可以是进一步去除水中的氮、磷及更多的有机物，也可以是去除水中的悬浮物、色度、硬度和含盐量等。

通过深度处理，BOD5可从20～30mg/L降至5mg/L以下，同时能够去除大部分的氮和磷等剩余污染物质。

城镇污水处理的三种基本处理方法和三种处理级别的大致功能对应关系如图1-5所示。

三、污水处理的产物

污泥是污水处理过程中的产物，主要来源于初次沉淀池、二次沉淀池等工艺环节，是一种固态、半固态和液态的废弃物，具体产量取决于排水体制、进水水质、污水及污泥处理工艺等因素。每10000m3污水经处理后污泥产生量（按含水率80％计）一般为5～10t，以含水率97％计，占处理水量的0.3％～0.5％。污泥中除含有灰分和大量水分（95％～99％）外，还含有大量的有机物、病原微生物、细菌寄生虫卵、挥发性物质、重金属、盐类以及植物营养素（氮、磷、钾）等。其体积庞大，且易腐化发臭，所以必须进行处理和处置以防止造成二次污染。

污泥处理和处置是污泥进入接纳的环境之前和之后的两个不同阶段。污泥处理是为了满足接纳污泥的环境的消纳要求所采取的各种处理措施，确保处理后的污泥在处置时不会对所接纳的环境产生有害的影响。处理得当的污泥，能够在最大程度上避免对环境的负面影响，实现安全、稳妥地处置。因此，污泥处理被定义为对污泥进行稳定化（如厌氧消化、好氧消化等）、减量化（如浓缩法、脱水等）和无害化（厌氧消化、堆肥）处理的过程。

污泥处置则是指污泥经处理后在环境中的消纳方式，以自然或人工方式能够使处理后的污泥或污泥产品长期达到稳定并对生态环境没有不良影响的最终消纳方式（包括污泥资源化，如在土地中加以利用、在填埋场填埋、制成建材后被利用、焚烧）。

污泥处理的方法主要有浓缩、消化、脱水和处置等。如图1-6所示为典型污泥处理工艺流程。污泥处理、处置方法的分类及设施见图1-7。